几种网络RTK作业方法的比较

【摘 要 】 对几种网络RTK作业方法进行论述,对各种方法的优缺点进行比较.

【关 键 词 】 GPS网络RTK 单参考站网 VRS FKP CBI 主辅站技术

Abstract : The paper discusses several work RTK surveying methods, and -pares the advantages and disadvantages of various methods.

前言

随着人类空间技术的不断提高,GPS应用领域的不断扩展和应用技术的更加成熟.人们对GPS的应用要求也日渐提高,常规RTK定位技术始于20世纪90年代初,它极大的拓展了GPS的使用空间.但它也有着自己的局限性,由于常规RTK定位技术是建立在流动站与基准站误差相关这一检测设的基础上的,它检测设在短距离内流动站与基准站的电离层延迟,对流层延迟和轨道误差等多种误差的影响是一样的,因此只有在流动站与基准站的距离较近时,才能得到厘米级精度的定位结果.而这些误差会随着基线长度的增加而急剧增加,当基线达到一定的长度后,将导致难以正确确定整周模糊度以至无法获得固定解,定位精度也就难以满足用户的精度要求了.为了解决常规RTK作业范围与定位精度之间的矛盾,随之出现了网络RTK定位技术.

网络RTK是由参考站网.数据处理中心和数据通信线路组成的.参考站上应配备双频全波长GPS接收机,该接收机最好能同时提供精确的双频伪距观测值,且参考站坐标应精确已知,其坐标可采用长时间GPS静态相对定位等方法来确定.此外,这些站还应配备数据通信设备及气象仪器.参考站应按规定的采样率进行连续观测,并通过数据通信链实时将观测资料传送给数据处理中心.网络RTK技术依靠网络将基准站连接到计算中心,联合若干参考站数据解算或消除电离层.对流层等影响,以提高RTK定位可靠性和精度.通过对GPS天线.处理器等内部结构的改造以及对通讯手段的完善,打破了电台传输有效范围小的限制.目前网络RTK根据技术类型主要采用以下几种作业方法:

1.单参考站网模式

此模式原理上与普通GPS作业时的参考站没有太大的区别,每一个参考站怎么写作于一定作用半径内所有的GPS用户.对于长时间静态跟踪数据后处理的用户,借助于接收调频到载波宽带快速网络通信,以及其他数据通信手段提供的DGPS伪距差分改正数信息,对于从事准实时定位或实时精密导航的用户来说怎么写作半径可以达到几十千米.几百千米甚至更长一些.至于需要实时给出厘米级定位精度的用户来说,单参考站的怎么写作半径目前可以达到30KM以上.

该方法优势:前期投入较少,随时可以升级和扩展,系统灵活.安全.可靠.稳定,不需要任何额外的装置,不需要报告流动站点位的双向数据通信设备,施工周期短.

2.基于虚拟参考站系统的VRS技术方法

VRS技术是通过与流动站相邻的几个参考站(典型的是三个)之间的基线计算各项误差,采用一定的算法来消除或大幅消弱这些偏差项所造成的影响.数据处理中心根据流动站送来的近似坐标(可根据伪距法单点定位技术求得)判断出该站位于哪三个基准站所组成的三角形内.然后根据三角形插值方法建立一个对应于流动站点位的虚拟参考站(VRS),将这个虚拟参考站的改正数消息传输给流动站,流动站结合自身的观测值实时解算出流动站的精确点位,有必要时可将上述过程迭代一次.怎么写作区每一个流动站对应着一个不同的虚拟参考站,由于虚拟参考站发送的是正常格式的RTCM信息,因而流动站并不需要知道参考站所用的参考模型.参考站需要根据流动站点位建立相应的局部改正数模型,所以流动站必须通过NMEA格式把它的点位信息发送给控制站,即流动站需要配备类似G移动的双向数据通讯设备.

VRS技术的优势:系统在DGPS准实时点位及事后差分处理的怎么写作半径上与单参考站网模式没有任何差别,但是在RTK作业半径方面应该可以得到较大距离的延伸.只要无线电通信或其他数据传输手段能够保证,那么RTK的作业半径也有可能达到30KM以上,未来的潜力甚至可以更大.虚拟参考站技术的另一个优势就是它的成果可靠性.信号可利用性和精度水平在系统的有效覆盖范围内大致均匀,同离开最近参考站的距离没有明显的相关性.其缺点是电离层.对流层的影响只能借助改正模型来修正,改正效果受外界影响较大,不能消除或只能借助其他方法消除轨道误差的影响.

3.基于全网整体解算模型的FKP技术方法

该技术方法采用整体的网络解,对数据用卡尔曼滤波进行非差处理,并将所有参考站多一个观测瞬间所采集的未经差分处理的同步观测值实时地传输给数据处理中心并实时处理,产生一个称为FKP的网络地区修正参数,然后将这种FKP参数通过扩展的RTCM信息发送给所有怎么写作区内的流动站.系统传输的FKP参数能够比较理想地支持流动站的应用软件.但是流动站系统必须知道有关的数学模型,才能利用FKP参数生成相应的改正数.为了获取瞬间解算结果,每一个流动站需要借助于有关称为ADV盒的外部装置配合流动站接收机的RTK作业.

4.基于综合误差内插的CBI技术方法

该技术是根据双差组合的优点,在基准站计算改正信息时没必要将电离层延迟.对流层延迟等误差都进行区分,并单独计算出来,也没必要将由各基准站所得到的改正信息都发给用户.而是由监控中心统一集中所有基准站观测数据选择计算和插发用户的综合误差改正信息.因为多种误差在主副站之间存在较强的线性相关性,用综合误差表示双差观测方程中的所有系统误差的综合影响.该技术利用卫星定位误差的相关性计算基准站上的综合误差并内插出用户站的综合误差.该技术的优点是在消除电离层.对流层的误差时,不使用模型,而是由已知误差直接改正,改正效果受外界影响小,根据流动站的位置合理选择基准站.能直接消除或消弱卫星轨道误差与其它误差的影响.在电离层变化较大的时间段和区域内该技术较有优势.

5.改进的FKP技术方法――主辅站技术

主辅站技术的基本要求就是将参考站的相位距离简化为一个公共的整周未知数水平.如果相对于某一个卫星与接收机'对'而言相位距离的整周未知数就被消除了,此时可以说两个参考站具有一个公共的整周未知数水平.网络处理软件的主要任务就是将网络中(或子网络中)所有参考站相位距离的整周未知数归算到一个公共的水平.一旦此次任务得以完成,接着就有可能为每一对卫星接收机及为每一个频率分别计算出弥散性的和非弥散性的误差.弥散性的误差是直接相对于信号的频率,而非弥散性的误差则对所有的频率来说都是相同的.由于频率相关的电离层误差是已知的,因而对所有频率(L1.L2)它可以表达成完全的改正数.主辅站技术的优势在于支持单项和双向通讯,克服以前方法的缺点(如:误差模拟不完善.仅仅使用三个最近的参考站的信息生成网络改正数据.需要双向通讯.数据量大且不标准等问题),将成为网络RTK的发展目标.为流动站用户提供了极大的灵活性.能够对网络改正数进行简单的.有效的内插.对流动站用户的数量也不限制.提供网络数据是相对真实的参考站,不是虚拟的参考站.流动站可以获取参考站网的所有有关电离层和几何形态误差的信息,并以最优化的方式利用这些信息,增强了系统和用户的安全性.

结语

目前网络RTK正处在蓬勃发展的阶段,功能将日益完善,应用领域还会不断扩大.由于目前网络RTK中所采用的技术都不是十分成熟,也没有统一的国际标准.非标准化带来一系列兼容性问题.系统的首期投入较大.误差模型的生成还存在许多问题.由于采用的模型不正确,实时获取的流动站点位成果根本无法确定其实际可靠性程度.任何一个参考站的故障都可能导致RTK无法正常进行.在此前提下用户必须综合考虑.合理选取技术作业方案.还要逐步探索并完善网络RTK的怎么写作和维护模式,建立有关的技术规范.

(作者单位:河南中化地质测绘院有限公司)